Cours Base de données relationnelles. M. Boughanem, IUP STRI

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1 Cours Base de données relationnelles 1

2 Plan 1. Notions de base 2. Modèle relationnel 3. SQL 2

3 Notions de base (1) Définition intuitive : une base de données est un ensemble d informations, (fichiers), partagé par plusieurs utilisateurs. Ces informations sont interrogées et mises à jour par l intermédiaire d un logiciel. Exemples d application Système Socrate : SNCF Annuaire électronique Catalogue électronique d une bibliothèque 3

4 Notions de base (2) Définition : une base de données est un ensemble structuré de données (1) enregistrées sur des supports accessibles par l ordinateur (2) pour satisfaire simultanément plusieurs utilisateurs (3) de manière sélective (4) en un temps opportun(5). (1) : Organisation et description de données (2) : Stockage sur disque (3) : Partage des données (4) : Confidentialité (5) : Performance 4

5 SGBD (1) Définition : Le logiciel qui permet d interagir avec une BD est un Système de Gestion de Base de Données (SGBD) SGBD BD 5

6 SGBD (2) Il permet à des utilisateurs de créer et maintenir une base de données. Les activités supportées sont la définition d'une base de données (spécification des types de données à stocker), la construction d'une base de données (stockage des données proprement dites) et la manipulation des données (principalement ajouter, supprimer, retrouver des données). 6

7 Base de données = Fichiers? (1) Travailler directement sur un fichier présente plusieurs inconvénients : Manipulation de données lourde et compliquée. Il faut être expert en programmation Le programmeur doit connaître la localisation physique des fichiers, la structure physique des enregistrements, le mode d accès à ces fichiers Toute modification de la structure des enregistrements (ajout d un champ par exemple) entraîne la réécriture de tous les programmes qui manipulent ces fichiers 7

8 Base de données = Fichiers? (2) Un SGBD est un intermédiaire entre les utilisateurs et les fichiers physiques Un SGBD facilite la gestion de données, avec une représentation intuitive simple sous forme de tables. la manipulation de données. On peut insérer, modifier les données et les structures sans modifier les programmes qui manipulent la base de données 8

9 Objectifs des SGBD (1) Faciliter la représentation et la description de données. Plus besoin de travailler directement sur les fichiers physiques (tels qu ils sont enregistrés sur disque). Un SGBD nous permet de décrire les données et les liens entre elles d une façon logique sans se soucier du comment cela va se faire physiquement dans les fichiers. On parle alors d image logique de la base de données, (ou aussi description logique ou conceptuelle ou encore de schéma logique). Ce schéma est décrit dans un modèle de données par exemple le modèle de tables, appelé le modèle relationnel. Image logique Image physique Fichiers physique 9

10 Objectifs des SGBD (2) Faciliter la manipulation en travaillant directement sur le schéma logique. On peut insérer, supprimer, modifier des données directement sur l image logique. Le SGBD va s occuper de faire le travail sur les fichiers physiques Permettre l ajout des contraintes permettant d avoir à tout instant des données cohérentes par exemple l âge d une personne supérieur à zéro, salaire supérieur à zéro, etc. Dès que l on essaie de saisir une valeur qui ne respecte pas cette contrainte, le SGBD le refuse Efficacité des Accès (Temps de réponse & débit global) 1 0

11 Trois Fonctions d un SGBD Description des données :codification structuration, grâce Langage de Description de Données (LDD) Manipulation et restitution des données (insertion, mise à jour, interrogation) mise en œuvre à l aide d un Langage de Manipulation de Données (LMD) S.Q.L (Structured Query Language) : Langage standard Contrôle (partage, intégrité, confidentialité, sécurité) 1 1

12 Définition et description des données 3 niveaux de description des données Interview Document Modélisation Schéma Externe1 Schéma Externe2 T Schéma conceptuel T Schéma physique 1 2

13 Définition et description des données : niveau logique (conceptuel) Permet la description des objets : exemple OUVRAGES, ETUDIANTS des propriétés des objets (attributs) : exemple cote de OUVRAGES, Titre de OUVRAGES, nombre d exemplaires etc. des liens entre les objets : un OUVRAGE peut être emprunté par un ETUDIANT des Contraintes : le nombre d exemplaires d un OUVRAGE est supérieur à zéro Cette description est faite selon un modèle de données. Un modèle de données est un ensemble de concepts permettant de décrire la structure d'une base de données. La plupart des modèles de données incluent des opérations permettant de mettre à jour et questionner la base. Le modèle de données le plus utilisé est le modèle relationnel, Cette description va donner lieu à un schéma de base de données. Un schéma de base de données se compose d'une description des données et de leurs relations ainsi que d'un ensemble de contraintes d'intégrité 1 3

14 Définition et description des données : Niveau physique Description informatique des données et de leur organisation : en terme de fichiers, d index, de méthodes d accès, Passage du modèle logique au modèle physique tend à être assisté par le SGBD : transparent et/ou semiautomatique Objectifs : optimiser les performances 1 4

15 Définition et description des données : Niveau externe Description des données vues par un utilisateur (ou un groupe d utilisateurs) objectifs : simplification, confidentialité Exemple : OUVRAGES édités par des éditeurs français 1 5

16 Manipulation et restitution des données Permet Insertion : saisir des données Supprimer modifier Interroger : rechercher des données via des requêtes La manipulation des données est mise en œuvre à l aide d un Langage de Manipulation de Données (LMD). S.Q.L (Structured Query Language) est le Langage standard de manipulation de BD 1 6

17 Contrôle UN SGBD permet Partage de données : accès à la même information par plusieurs utilisateurs en même temps. Le SGBD inclut un mécanisme de contrôle de la concurrence basé sur des techniques de verrouillage des données (pour éviter par exemple qu'on puisse lire une information qu'on est en train de mettre à jour) Intégrité des données grâce à la définition de contraintes sur les données. Le SGBD veille à ce que toutes les contraintes soient vérifiées à chaque insertion, suppression, ou modification d une donnée. Confidentialité : plusieurs utilisateurs peuvent utiliser en même temps une base de données, se pose le problème de la confidentialité des données. Des droits doivent être gérés sur les données, droits de lecture, mise à jour, création,... qui permettent d'affiner. Sécurité : une base de données est souvent vitale dans le fonctionnement d'une organisation, et il n'est pas tolérable qu'une panne puisse remettre en cause son fonctionnement de manière durable. Les SGBD fournissent des mécanismes pour assurer cette sécurité. 1 7

18 Modèles de SGBD Quelques modèles logiques modèle hiérarchique modèle réseau modèle relationnel modèle objet Quelques SGBD (relationnels du marché Micro : ACCESS, PARADOX, DBASE V,... Gros système : DB2, ORACLE, SYBASE, INGRES, 1 8

19 L'architecture des SGBD Basée sur une architecture Client-Serveur : données sur le serveur partagées entre N clients interfaces graphiques sur la station de travail personnelle communication par des protocoles standardisés clients et serveurs communiquant par des requêtes avec réponses 1 9

20 Démarche de construction d une BD Interview Document Modélisation Entité association Schéma logique en Entité-Association Transformation en relationnel Schéma conceptuel en relationnel 2 0

21 Le modèle relationnel 2 1

22 Généralités Notions de modèle de données : Un modèle est un ensemble d outils utilisés pour décrire et manipuler des données Modèle relationnel Créé par CODD (IBM 69/70). La majorité des SGBD actuels sont basés sur ce modèle. Dispose d un Langage de Description des Données (LDD) et d un Langage de Manipulation des Données (LMD). Principe simple : 1 seul concept (relation ou table) pour décrire les données et les liens entre ses données. Rigoureusement défini par la notion d ensemble SQL : langage standard de description et de manipulation des données. 2 2

23 Concepts du modèle (1) Table (relation) : Vision tabulaire du relationnel Le données (le schéma logique) sont représentées dans une table Exemple : la table OUVRAGES décrit un ouvrage OUVRAGES Côte Titre Editeur Année NbExemplai re Thèm e 12TA1 Réseaux informatiques Eyrolles Interconnexion, réseaux Internet 13GO1 Algorithmes génétiques Addison W esley AG, informatique évolutionniste, 15TA2 Système d exploitation Eyrolles UN IX, SE, ordinateur 2 3

24 Concepts du modèle (2) Attribut : nom donné à une colonne d'une table (exemple cote, Titre, Editeur, etc.). La première ligne de la table comporte ses attributs. Nom de la table (ou de la relation) : OUVRAGES Tuple (ou n-uplet) : nom donné à une ligne comportant des valeurs saisies. (tuple : 12TA ; Réseaux informatiques ; Eyrolles ; 1998 ; 10 ; Interconnexion réseau Internet). Extension d une table : le contenu de la table tous les tuples Cardinalité : nombre de tuples de la relation. Exemple la cardinalité dans OUVRAGES est 3 L ordre des lignes et des colonnes n est pas significatif Pas de lignes identiques Une case une valeur (voir redondance des informations) 2 4

25 Concepts du modèle (3) Attribut nom donné à une colonne d'une relation prend ses valeurs dans un domaine Domaine : ensemble de valeurs possibles prises par les attributs Exemples ENTIER, REEL, CHAINES DE CARACTERES FRANC SALAIRE = { } COULEUR= {BLEU, BLANC, ROUGE} POINT = {(X:REEL,Y:REEL)} TRIANGLE = {(P1:POINT,P2:POINT,P3:POINT)} 2 5

26 Notions de clé primaire (1) Clé primaire : Groupe d attributs minimum qui détermine un tuple d une manière unique dans la table Exemple de clés : le numéro de la SECU Le numéro étudiant La clé de la table OUVRAGES est l attribut «cote», car la cote permet de déterminer de façon unique une ligne de la table. ATTENTION : la clé se détermine par rapport à toutes les valeurs possibles de l attribut (ou les attributs) formant la clé primaire, et surtout pas par rapport aux valeurs déjà saisies Remarque : toute table doit obligatoirement avoir une clé primaire 2 6

27 Schéma d une table Le schéma d une table, appelé aussi le schéma en intention, comporte le nom de la relation, ses attributs + format et la clé primaire. La clé primaire est souvent soulignée (et/ou mise en gras) Exemple : le schéma de la table OUVRAGES est OUVRAGES (cote : texte, Titre: Texte, Editeur: Texte, NbExemplaire: Numérique, Année:Date, Thème:Texte ) 2 7

28 Problème de Redondance des données OUVRAGES Côte Titre NbExem. Année Thème Editeur NomAuteur PrénomAuteu r 12TA1 Réseaux Interconnexion, Eyrolles Tanenbaum Henri informatiques réseaux, Internet 13GO1 Algorithmes AG, informatique Addison Goldberg Stephen génétiques évolutionniste, Wesley 13GO1 Algorithmes AG, informatique Addison Holland John génétiques évolutionniste, Wesley 15TA2 Système UNIX, SE, Eyrolles Cardy Ronald d exploitation ordinateurs 15TA2 Système UNIX, SE, Eyrolles Dumar Eric d exploitation ordinateurs 15TA2 Système d exploitation UNIX, SE, ordinateurs Eyrolles Tannenbau m Henri La redondance = répétition des informations. Un des objectifs des SGBD est (de nous permettre) de représenter les données avec le moins de redondance possible Comment éliminer les redondances? 2 8

29 Éliminer les redondances (1) Pour éliminer les répétitions nous allons dans premier temps construire une table auteur comportant tous les auteurs La table auteur est décrite par AUTEURS (NumAuteur, NomAuteur,PrénomAuteur). Nous avons rajouté l attribut NumAuteur pour représenter la clé. NumAuteur est un numéro qui peut être donné automatiquement par le SGBD. Auteurs N u m A u t e u r N o m A u t e u r P r é n o m A u t e u r 1 T anenbaum H enri 2 G oldberg Stephen 3 H o lla n d J o h n 4 C a r d y R o n a l d 5 D u m a r E r i c 2 9

30 Éliminer les redondances (2) La table OUVRAGES peut se réduire à cela Ouvrages Côte Titre NbExem. Année Thème NomEditeu NmAuteur r 12TA1 Réseaux Interconnexion, Eyrolles 1 informatiques réseaux, Internet 13GO1 Algorithmes AG, informatique Addison 2 génétiques évolutionniste, Wesley 13GO1 Algorithmes AG, informatique Addison 3 génétiques évolutionniste, Wesley 15TA2 Système UNIX, SE, Eyrolles d exploitation ordinateurs 4 15TA2 Système UNIX, SE, Eyrolles 5 d exploitation ordinateurs 15TA2 Système UNIX, SE, Eyrolles d exploitation ordinateurs 1 Cette représentation nous permet effectivement de réduire la table OUVRAGES il n y a que le numéro de l auteur au lieu du nom et du prénom, mais Il y a toujours des redondances. La redondance provient du fait qu un OUVRAGE peut avoir plusieurs auteurs. 3 0

31 Éliminer les redondances (3) Pour éliminer ces redondances, nous allons construire une table ECRIT qui permet de relier les OUVRAGES et leurs AUTEURS. Rappelons qu un des intérêts d un SGBD est sa possibilité de créer des liens entre les objets. Le schéma de la table ECRIT est : ECRIT (cote, NumAuteur), il suffit donc de prendre les clés primaires des tables OUVRAGES et AUTEURS et former une nouvelle nouvelle table, en l occurrence ECRIT. ECRIT N u m A u te u r C ô te 1 12TA G O G O T A T A T A 2 3 1

32 Éliminer les redondances (4) La base de données décrivant les OUVRAGES sera composé des tables suivantes : AUTEURS(NumAuteur, Nom, Prénom) OUVRAGESS(cote, Titre, NbExemplaire, Année, Editeur, Thème) ECRIT (cote, NumAuteur) Noter que nous avons supprimé l attribut NumAuteur de la table OUVRAGES 3 2

33 Clé Étrangère Les attributs cote et NumAuteur de la table ECRIT proviennent en fait respectivement des tables OUVRAGES et AUTEURS. Ces deux Attributs sont clés primaires dans chacune de ces tables. Définition : Nous appelons Clé étrangère toute clé primaire apparaissant dans une autre table. Exemple NumAuteur est une clé étrangère dans la table ECRIT cote est aussi une clé étrangère dans ECRIT Par convention, Une clé étrangère est soulignée en pointillé (et/ou mise en italique) Attention : la notion de clé est toujours liée à une table, un attribut (ou groupe d attributs) est clé primaire, ou clé étrangère dans une table donnée. 3 3

34 Contraintes d intégrités (1) Un des avantages des bases de données par rapport à une gestion de fichiers traditionnelle réside dans la possibilité d intégrer des contraintes que doivent vérifier les données à tout instant. Exemple : on souhaite poser les contraintes suivantes : le nombre d exemplaire de chaque OUVRAGE doit être supérieur à 0 (zéro) Chaque OUVRAGE doit avoir au moins un auteur Etc. Ceci est possible grâce à la notion de contraintes d intégrité Définition : Contraintes d intégrité «sont des assertions qui doivent être vérifiées à tout moment par les données contenues dans la base de données» 3 4

35 Contraintes d intégrités (2) Trois types de C.I. obligatoires Contrainte de clé : une relation doit posséder une clé primaire Contrainte d entité : un attribut d une clé ne doit pas posséder de valeurs nulles (vides) Contrainte de référence (pour les clés étrangères), c est une contrainte exprimée entre deux tables. Tout tuple d une relation faisant référence à une autre relation doit se référer à un tuple qui existe. Intuitivement, cela consiste à vérifier que l'information utilisée dans un tuple pour désigner un autre tuple est valide, notamment si le tuple désigné existe bien En d autre terme, quand on désigne un attribut comme clé étrangère, les seules valeurs que peut prendre cet attribut sont celles qui sont déjà saisies dans la table qu il référence (voir exemple sur la page suivante). 3 5

36 Contraintes d intégrités 3) Contrainte optionnelle Contrainte de domaine : liée au domaine de définition d un attribut. Exemple: NbExemplaire > 0 Les contraintes d intégrité sont vérifiées (exécutées) à chaque mise à jour de la base de données (ajout, suppression ou modification d un tuple). Si, lors d une mise à jour une contrainte n est pas satisfaite, cette mise à jour ne peut pas avoir lieu. 3 6

37 Exemple (1) Schéma de la relation AUTEURS AUTEURS (NumAuteur, Nom, Prénom) Schéma de la relation OUVRAGES (avec la modification de l exercice précédent) OUVRAGES(cote, Titre, NbExemplaire, Année, NumEditeur, Thème) clé primaire : cote Contrainte de domaine : NbExemplaire >0 Contrainte référentielle : OUVRAGES.NumEditeur est une clé étrangère et fait référence à EDITEURS.NumEditeur Il suffit d écrire Contrainte référentielle : OUVRAGES.NumEditeur REFERENCE EDITEURS.NumEditeur 3 7

38 Exemple (2) Schéma de la table ECRIT ECRIT (NumAuteur,cote) Clé primaire : NumAuteur, cote Contraintes référentielles : ECRIT.NumAuteur REFERENCE AUTEURS.NumAuteur ECRIT.cote REFERENCE OUVRAGES.cote Le fait d écrire ECRIT.cote REFERENCE OUVRAGES.cote, c est à dire définir l attribut cote dans ECRIT comme clé étrangère, implique une contrainte référentielle. Ceci se traduit par ; les seules valeurs que peut prendre cote dans ECRIT sont celles qui sont déjà saisies dans cote d OUVRAGES (c e st à dire 12TA1, 13GO1,15TA2) 3 8

39 Schéma d une base de données Le schéma d une base de données est composé de l ensemble des schémas des tables (relations) définies dans cette BD Exemple schéma de la base de données permettant la gestion de notices bibliographiques est : AUTEURS (NumAuteur, Nom, Prénom) OUVRAGES(cote, Titre, NbExemplaire, Année, NumEditeur, Thème) Contrainte de domaine : NbExemplaire >0 Contrainte référentielle : OUVRAGES.NumEditeur REFERENCE EDITEURS.NumEditeur ECRIT (NumAuteur, cote) Clé primaire : NumAuteur, cote Contraintes référentielles : ECRIT.NumAuteur REFERENCE AUTEURS.NumAuteur ECRIT.cote REFERENCE OUVRAGES.cote 3 9

40 Bilan Relation ou Table Attribut ou Colonne Domaine ou Type Clé primaire Clé étrangère Contrainte d intégrité Schéma d une relation Schéma d une base de données 4 0

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